182651. lajstromszámú szabadalom • Eljárás miniatűr nagynyomású fémgőz kisüléses lámpa működtetésére és miniatűr nagynyomású lámpaelrendezés
7 182651 8 Példaként megemlítjük, hogy az ilyen méretű és körülbelül 30 wattos teljesítményű lámpa töltése 1,33- 104—1,6-104 Pa (100—120 Torr) nyomású argont, 4,3 mg higanyt, és 2,2 mg halogenidsót tartalmazott, mely utóbbi 85 súly% nátriumjodidot, 5 súly% szkandiumjodidot és 10 súly% tóriumjodidot tartalmazott. Ez a higanymennyiség, amikor működési feltételek mellett teljesen elgőzölög, 39,4 mg/cm3 sűrűséget biztosít, amely körülbelül 2,3-10® Pa nyomásnak felel meg. A 8. ábra az 1. ábrán vázolthoz hasonló négy lámpa rezonancia-spektrumának a diagramja, ahol a bura belső átmérői 4, 5, 6 és 7 mm-esek. Az elektródközt állandó 3 mm-es értéken tartottuk, miközben a töltést és a buratérfogatot úgy választottuk meg, hogy minden lámpában ugyanolyan higanysűrűség keletkezzék. A rezonancia viselkedés három szintjét definiálhatjuk: 1. Katasztrofális instabilitás: az ív, amely normál esetben az 1. ábrán a 10 hivatkozási számmal vázolt módon közvetlenül húzódik az elektródhegyek között, a 2. ábrán a 21 hivatkozási számmal feltüntetett módon a falhoz kényszerül. Az ív keresztülolvasztja a kvarcot, ha ez az állapot néhány másodpercnél tovább fennáll. Az ív feszültségcsökkenése a meghosszabbodott ívút következtében megnövekszik és kétszeresnél is nagyobb értéket vehet fel. Ezt az állapotot a 8. és 9. ábrákon teljes magasságú területtel szemléltettük, amely végignyúlik azon a frekvencia-tartományon, amelyben fellép. 2. ív instabilitás: az ív vándorolhat és előre-hátra elmozdul, néha kígyózó alakban, ahogyan azt a 3. ábrán a 31 hivatkozási számmal vázoltuk. Az ív feszültségesése ingadozik és a kimenő fényteljesítmény szintén jelentősen változik. Ezt az állapotot a rajzon félmagasságú területtel jelöltük. 3. Aureola instabilitás: az aureola fénylő izzó területet jelöl, amely normál esetben a felső elektródnál koncentrálódik, ahogy ezt az 1. ábrán all hivatkozási szám mutatja. Nátrium-tartalmú lámpában az auréolât a nátrium gerjesztés által okozott vörös-izzás képezi. Aureola instabilitásnál az elektródok között levő ív intenzitása stabil marad, de az aureola elmozdul. A fény ingadozása kisebb mértékű és nincs észrevehető feszültséghatás sem. Ez az instabilitásnak a legkevésbé károsító formája, és ezt a diagramokban negyedmagasságú területtel jelöltük. Az aureola instabilitásnak egy szokatlan formája a 4. ábrán vázolt eset, ahol az aureola a lámpa középpontjában ekvatoriális 43 sávnál jelenik meg. Ez valószínűleg a kettős áramlási eloszlásnak a következménye, amelyet a felső és az alsó 41, 42 görbe nyilakkal jelöltünk. Az ilyen jelenséget a rajzon negyedmagasságú területtel szemléltettük, ahol a terület felett ,,e” jelölést alkalmaztunk. A 8. és 9. ábrák rezonancia-spektrumainál a középső ív és az aureola stabil volt a bejelölt instabilitások közötti jelöletlen frekvencia-tartományokban. Ezek a jelöletlen tartományok tartalmazzák azokat a rezonanciamentes üzemi sávokat, ahol a lámpák teljes hasznos élettartamukon belül stabilan üzemeltethetők. A 8. ábrán vázolt spektrumok legfontosabb jellegzetessége az, hogy az alakzat a buramérettel ismétlődik. így például az első katasztrofális instabilitási sáv összenyomódik és az alacsonyabb frekvenciák irányában tolódik el, ha a buraméret növekszik. Ugyanilyen újraismétlődő mintát figyelhetünk meg a következő magasabb frekvenciájú katasztrofális instabilitási B sávoknál, és hasonlóképpen az ezt frekvenciában követő C sávoknál. Az ív instabilitási és aureola instabilitási sávokat magában foglaló teljes spektrum összenyomódik és hasonló módon eltolódik az összes buraméret esetében. Ezeket az adatokat lényegében szinusz alakú tápegység felhasználásával kaptuk. Amennyiben nem szinuszos jelalakot használunk, akkor további instabilitások jelentkezhetnek, amelyek a rezonancia mentes tartományokat keskeny!tik vagy zavarják. Üzemi tartományok és tervezési ablakok A 8. ábrán összegezett adatok és egyéb ezzel kapcsolatos mérések alapján azt a következtetést vontuk le, hogy a miniatűr nagynyomású fémgőz lámpákhoz, amely lámpáknak a kisülési térfogata 1 cm3-nél kisebb, a leghasznosabb nagyfrekvenciás üzemi tartományait azok a rezonanciamentes tartományok képezik, amelyek az első és második katasztrofálisan instabil sávok között helyezkednek el. Ilyen módon egy 7 mm belső átmérőjű lámpához az A sáv fölött és a B sáv alatt, tehát a körülbelül 20 és 40 kHz közé eső sávot választhatjuk. Ugyanakkor el kell kerülni azt az ív instabiiitási sávot, amely körülbelül 29 és 31 kHz között van. Szükséges az is, hogy elkerüljük a keskeny aureola instabilitási sávokat 21 kHz-nél, 28 és 29 kHz között, és a szélesebb sávot, amely 39 és 41 kHz közé esik. A gyártási szórásokra való tekintettel, az üzemi frekvenciát a lehető legtávolabbra kell választani az instabilitási tartományoktól. A 7 mm belső átmérőjű, gömb alakú lámpa esetében ilyen módon az optimális frekvenciák közelítően 24 kHz-nél és 35 kHz-nél vannak. Ha a ballaszt áramkört a 20 és 50 kHz-es tartományon belül kívánjuk működtetni, akkor általában a tartomány alsó vége előnyösebb, mert ott csökkent elektromágneses zavarok lépnek fel és a tranzisztorok kapcsolási sebessége kisebb. Ezzel összhangban a tervezési frekvenciára a 24 kHz-t választhatjuk, és ez lehetővé tesz körülbelül ±5%-os gyártási frekvencia-ingadozást, azaz körülbelül 23 és 25 kHz közötti frekvenciákat anélkül, hogy fennállna az instabilitási sávokba való belépés veszélye. Az előnyös tervezési középpontokat a 8. ábrán a vastagon kihúzott 81 vonalak szemléltetik. Hasonló módon a 6 mm belső átmérőjű gömb alakú lámpánál az előnyös tervezési középpont 26,5 kHz és a ±5%-os frekvencia szórási tartományt a 82 vonal jelöli; az 5 mm-es belső átmérő mellett a középpont 31 kHz-re esik és a tartományt a 83 vonal jelöli. A 4 mm-es belső átmérő választásakor a tervezési középpont 45 kHz-re esik és a tartományt a 84 vonal szemlélteti. Ha a tartomány felső végét választjuk, akkor az előnyös tervezési középpontok a 7 mm belső átmérőjű lámpánál 34 kHz-re esnek és a ±5%-os 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6
